既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性评价*

裴兴旺，李慧民，孟　海,2 ，黄依莎

(1.西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055 ； 2. 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088)

0　引言

随着社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，既有建筑结构的安全性能受到了社会各界的广泛关注。在进行既有建筑结构安全性检测工作时，诸多因素会影响其检测过程质量(即检测结果的可靠性、真实性)，造成检测质量事故的发生，其不仅影响了检测机构的品牌形象，更会扰乱对受检建筑结构安全性能的真实掌握，造成结构安全及决策失误。如何保障检测过程质量是当下最重要的问题之一。

目前，关于建筑结构安全性检测过程质量管理的研究已取得一定成果，部分研究成果如下：葛兴杰等[1]研究了当前工程质量检测市场存在的诸多问题，梳理并提出了治理相应问题的对策，明确了质量检查在质量控制及评价中的作用；薛立莹[2]研究了质量检测领域建立产品责任管理体系的理论和方法，为我国工程质量检测领域的质量管理提出了新的思路； 傅瀛等[3]为促进工程质量检测管理水平质的提升，研究了开展检测机构能力验证、检测行业要规范监督、完善检测监督系统等方法； 容理强等[4]以某检测公司为研究对象，提出了实施5S现场管理的方法和步骤；李忠富[5]研究分析了地基基础分项工程检测项目服务质量的影响因素，运用模糊综合评价法研究了工程检测服务质量水平；张朝晖[6]以某省地基基础分项检测工程为例，从5个部分对工程质量检测行业及其行为的监管进行研究。

但是，从当前的一些研究成果来看，围绕既有建筑结构安全性检测过程质量评价的研究相对较少，鲜有强制性的措施和规范条文标准，亦没有科学的评估模型和方法。数据包络分析(DEA)评价法是对多投入与多产出问题进行评价的有效方法，而且不需要预先计算权重，能够避免主观因素的影响使评价结果更具说服力。因此，本研究视既有建筑结构安全性检测过程为一动态系统，使用DEA对抗交叉评价模型对其检测过程脆弱性进行定量评价，确保检测过程的质量等级，提高结构检测水平，保障建筑结构安全。

1　DEA对抗交叉评价模型介绍

1.1　脆弱性概念

从灾害学原理分析[7-8]，既有建筑结构安全性检测过程质量事故的发生可看作系统的致灾因子、孕灾环境和承灾体共同作用的结果。从“投入—产出”角度对检测过程的质量控制系统进行分析，质量事故后果是致灾因子、承灾体和孕灾环境相互作用的结果，检测过程质量脆弱性可认为是质量事故发生过程中检测工程项目成灾“效率”的反映(图1所示)。脆弱性越大，检测工程项目成灾“效率”越高，则易导致质量事故或质量事故损失越严重；脆弱性越小，检测工程项目成灾“效率”越低，不易导致质量事故或质量事故后果相对较轻。

图1　检测过程质量脆弱性DEA评估框架Fig.1　DEA assessment framework of quality vulnerability for testing process

本研究将既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性的概念定义如下：由于人为或自然等状况下的不利因素导致系统产生异常反应(数据不可靠、影响后续评定过程、检测质量验收不合格)的敏感程度。而影响其脆弱性的主要因素为检测过程中各个阶段、各个部分(现场检测、数据处理、数据评定等)产生异常事件的发生概率及影响后果。对于后果的衡量，则主要考察既有建筑结构安全性检测质量验收、结构安全性性能评定的准确程度等。

1.2　DEA对抗交叉评价模型

利用决策单元之间自评和他评体系来代替自我评价体系，然后将每个决策单元自评和他评值综合成最终的评价值[9-11]。

设有n个决策单元(DMUi)(1≤n≤i)，每个DMUi有m项输入和s项输出，输入变量，xi=(x1i,x2i…xmi)T,输出变量yi=(y1i,y2i…ysi)T(xri,yji>0)。记v=(v1,v2…vm)T，u=(u1,u2…us)T分别是输入和输出的权向量(u,v>0)。建立 DEA 对抗交叉评价模型的步骤：

1)用DEA经典C2R模型[12-13](1)对第i0个决策单元进行自我评价( 1≤i0≤n) 。

(1)

(2)

2)给定i∈{1,2,…,n}，k∈{1,2,…,n}，解如下线性规划：

(3)

(4)

4)由交叉评价值构成交叉评价矩阵：

式中：主对角元素hii为自我评价值；非主对角元素hik(k≠i)，第j列是各决策单元对DMUi的评价值，值越大说明DMUi越优，第i行是DMUi对其他决策单元的评价值，值越小DMUi越优。衡量DMUi的优劣可用第j列的平均值：

(5)

式中：hj为各决策单元对DMUi的总评价，hj越大说明DMUi越优。

在既有建筑结构安全性检测质量事故系统中，当效率值hj越接近于1，表示既有建筑结构安全性检测工程成灾效率越高，即脆弱性越高；反之，脆弱性越小。当效率值等于1，表示投入产出达到了综合效率最优或最大化，即在质量事故发生时该工程项目遭受的破坏效应程度达到最大化，脆弱性水平达到最高。

2　指标体系的建立与量化

2.1　指标体系的建立

通过参考《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344- 2004) 中的相关规定，遵循指标体系构建的基本原则；建立了既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性评价指标体系，见表1。

表1　既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性评价指标及量化

1)人员因素的脆弱性Z1。Z11：人员技术水平越高，对检测质量的控制就越有把握。Z12：参考《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004) 不得少于2人。Z13：敬业精神越高收集的数据收集的可靠性就越真实、越全面。Z14：文化程度决定着作业人员的工作方式、工作技巧等，文化程度越高，学历越高，解决问题的本领就越强。

2)技术因素的脆弱性Z2。Z21：根据既有建筑遭受火灾、地震等灾害情况的情形不同，检测项目(内容)不尽相同。Z22：抽样方案合理与否直接决定结构安全检测数据的有效性和可靠程度。Z23：不同的检测内容，检测方法不尽相同，所采用方法、技术的合理性决定着检测作业数据采集的真实性、可靠性。Z24：大量离散的结构安全检测数据需进行核算、统计，数据计算、分析水平直接决定着数据的可靠程度。Z25：优秀的检测单位、面对疑难项目，拥有雄厚的技术资源，具备解决困难问题的雄厚实力。

3)设备因素脆弱性Z3。Z31：检测设备选择不当，影响数据的可靠程度。Z32：仪器和设备应有产品合格证书、计量检定机构的有效检定(校准)证书或自校证书。Z33：仪器使用覆盖率，如，钢筋雷达扫描对钢筋配置，覆盖率越高，数据越真实。

4)环境因素脆弱性Z4。Z41：恶劣的天气影响施工进度。此外，大量的高精度检测设备受环境温度、湿度的影响较大。Z42：数据的采集需要一定的工作区域、环境，而检测区域环境的适宜程度决定有效工作面积及数据采集的有效数量。

5)管理因素脆弱性Z5。Z51：健全的管理体系有利于检测过程的顺利开展。Z52：有针对性的检测质量教育、培训，增强作业人员对质量的重视程度。Z53：作业过程的规范化程度、成熟程度直接影响数据的采集可信度。Z54：检测质量文化建设则能从工人的意识上营造出“百年大计，质量第一”的价值观。Z55：第三方质量监督、监管的有效性直接决定检测过程的真实性。

6)经济因素脆弱性Z6。Z61：检测市场片面追求经济效益，报价过低，造成工作态度、工作量上的大大折减。Z62：检测方案中关于经济措施的分配合理性直接决定检测作业过程的真实性、有效性，分配不合理会导致检测作业顾此薄比。Z63：检测机构的经济实力决定着检测机构的技术水平、人员待遇、工作积极性等。

2.2　指标体系的量化

评价指标中有定量指标亦有定性指标，对不同的指标应采用不同的划分标准，本研究通过参考《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004) 中的相关规定以及相关评价指标量化的一般原则，并结合DEA对抗交叉评价模型的评价流程及特点，将定性指标转化为半定量指标，量化的整体区间为[0，10], 至此，评价指标量化标准见表1。

3　模型的实例应用

3.1　工程概况

模型中各指标数据源自本人实际参与的诸多工程实例并参与编著成专著：《土木工程安全检测与鉴定》[14]、《土木工程安全检测、鉴定、加固修复案例分析》[15]。从中择选出8个具有代表的工程项目实例进行结构安全性检测过程质量脆弱性评价，项目分别为A-某钢混框架结构别墅项目(DMU1) 、B-某剪力墙结构住宅楼项目(DMU2) 、C-某砖混结构住宅楼项目(DMU3) 、D-某砖混结构办公楼项目(DMU4) 、E-某混凝土框架结构大酒店项目(DMU5) 、F-某混凝土框架结构综合体项目(DMU6)、G-某混凝土结构办公楼(DMU7)、H-砖混结构宿舍楼项目(DMU8)。

3.2　实例应用

根据课题组及相关专家意见，本研究将建筑结构检测过程质量的脆弱性等级分为四类，详细的脆弱性等级划分标准及说明见表2。

在既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性DEA对抗交叉评价模型中，8个工程项目分别为8个决策单元(DMUi，i=1，2，3，4，5，6，7，8) 。运用MATLAB R2016a进行编程计算得到8个工程项目交叉评价矩阵(四舍五入，此处保留三位小数)：

表2　检测质量脆弱性等级划分标准及说明

(6)

通过式(6)计算各单元的脆弱性值。因此，得到8个既有建筑结构安全性检测工程项目的脆弱性评价结果，见表3所示。

表3　脆弱性评价结果

3.3　结果分析

导致质量事故或质量事故损失越严重高，脆弱性越大，根据表3脆弱性评价结果可看出，8个建筑结构检测工程项目脆弱性排序为：C-某砖混结构住宅楼>G-某混凝土结构办公楼>F-某混凝土框架结构综合体>D-某砖混结构办公楼>E-某混凝土框架结构大酒店>H-砖混结构宿舍楼>A-某钢混框架结构别墅>B-某剪力墙结构住宅楼。根据8个工程项目脆弱性等级和优劣顺序结果，对影响检测过程质量脆弱性的因素进行如下分析。

这里取E-某混凝土框架结构大酒店结构安全性检测项目进行详细分析，该项目脆弱性评价为轻度脆弱，脆弱性为0.195 8。部分项目信息如图2所示。接受本次检测任务的检测单位为央企，该企业是经政府授权的从事建筑工程及产品、材料检测、检查的第三方检测机构。

E-某混凝土框架结构大酒店的脆弱性比A-某钢混框架结构别墅(0.131 2)、B-某剪力墙结构住宅楼(0.092 6)略大，评定等级为轻度脆弱，主要原因是该项目现场检测人员、所使用仪器、仪器精度、天气状况、数据处理、旁站监理等工作较好，但该项目中标价格不高，影响了现场检测的覆盖率，致使现场检测项目(内容)的完整性略低，包括混凝土密实度、钢筋配置等检测项目略低于抽样比例要求，增大了结构安全检测过程质量事故的发生概率，影响了项目的脆弱性评定等级，即“经济因素”影响了受检对象检测设备的使用状况(使用覆盖率不高)。而导致C-某砖混结构住宅楼(0.815 4)、G-某混凝土结构办公楼(0.782 2)脆弱性为强度脆弱等级的主要原因是项目在整个质量保证体系与措施环节严重缺失，引起了连锁反应，导致了技术因素、设备因素的脆弱性不良影响。此外，B-某剪力墙结构住宅楼(0.092 6)脆弱性最低的主要原因是，该项目在实际运转过程中实行了一种称作“四方管理”模式的脆弱性控制方法如图3所示。

图3　基于“四方管理”模式的检测过程质量控制Fig.3　Quality control of testing process based on "four party management" model

通过现场调查，对比模型分析结果，8个项目实际的结构安全性检测过程质量脆弱性等级与现场调查结果吻合度较高，而从整个评价过程可以看出，本研究所采用的基于DEA对抗交叉评价理论的既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性评价结果误差在可接受范围内，评价结果可靠、可行，且易于操作。

4　结论

1) 本研究借鉴灾害学理论，视既有建筑结构安全性检测过程为一“系统”，从致灾因子与承灾体角度出发构建了人员、技术、设备、环境、管理、经济因素及质量事故损失为指标的既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性评价指标体系，并提出了各指标的量化方法。

2)所建立的基于DEA对抗交叉理论模型对既有建筑结构安全性检测过程质量脆弱性进行评价的方法无需人为给定各指标权重，避免了评价过程中主观因素的影响，克服了传统评价模型在此类问题的研究中权重计算上的主观性、局限性，使脆弱性评价更客观和科学。

3) 将DEA对抗交叉理论与检测过程质量控制理论结合起来，建立了基于DEA对抗交叉理论的既有建筑结构安全性检测过程质量评价模型，并将其应用于工程实际，计算结果显示该方法能够准确的识别项目检测质量的脆弱性，量化了质量事故导致的结构安全影响，对影响脆弱性的因素进行了分析。

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